• Composites Research
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• 제22권3호
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• pp.82-88
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• 2009

본 연구에서는 노치 홀과 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도특성에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 강도는 상온건조, 저온건조($-55^{\circ}C$)와 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 측정하였으며, 실험결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기계적 체결 홀에서 인장강도의 증가는 볼트에 의해서 가해진 구속으로 홀 주위의 손상을 억제함으로써, 강도를 증가시킨 것으로 분석된다. 저온($-55^{\circ}C$)에서 인장강도의 증가는 섬유와 모재의 열팽창계수 거동의 특성에 따른 취성 증가의 요인이며, 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 압축강도 감소는 침투만 수분에 의해 섬유와 모재의 층간 결합부의 물성이 저하한 것으로 사료된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제9회 학술강연회논문집
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• pp.29-29
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• 1997

각광 받는 구조재료인 섬유강화 복합적층재에 대한 기계적 체결 거동은 본질적인 재료의 이방성에 의해서 파단강도가 파단 모우드와 매우 밀접한 관련을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 복합적층판 체결부의 정밀 구조 설계에서는 단순화에 따른 오차를 줄이고 정밀해에 의한 설계 및 해석이 요청된다. 특히, 층간응력 성분을 무시할 수 없는 두께를 갖는 복합적층 판의 기계적 체결부 해석이나 실제 구조물의 체결부에서 발생하는 굽힘이나 비틀림과 같은 하중 상태를 묘사하기 위해서도 정밀한 3차원 응력 해석은 필요하다. 하지만, 지금까지 기계적 체결부의 거동에 관한 연구는 층간응력 성분들을 어느정도 무시할 수 있는 얇은 평판에 대한 2차원 응력해석에 주로 국한되어 왔으며, 일부 수행된 체결부에 대한 3차원 응력 해석의 경우 여러 단점을 갖는 3차원 연속체 요소에 의한 유한요소 해석이 수행되었을 뿐이다.본 연구는 층간응력 성분들을 무시할 수 없는 두께를 갖는 복합적층판의 기계적 체결부 해석에 지금까지 사용되어온 3차원 연속체 요소에 의한 유한요소 방법이 갖는 단점들을 개선한 Layerwise 유한요소법을 이용하여 3차원 응력해석을 수행하였다. 특히, 선형상보성원리에 근거한 최적설계 기법을 응용하여, 기계적 체결시 핀과 적층판의 홀 사이에 발생하는 하중 전달 과정을 모사하고, 접촉력에 의한 홀 주위의 복잡하고 국부적인 응력 집중현상을 규명하여본다.

• 한국정밀공학회지
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• 제23권5호
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• pp.149-154
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• 2006

The cold expansion method (CEM) is one of the widely used a method to improve the fatigue behavior of materials in aerospace industry. Such improvement is due to the compressive residual stress developed when a tapered mandrel goes through the fastener holes a little smaller than the mandrel. CEM is retarded of crack initiation due to the compressive residual stress developed on the hole surface. Many researchers are studied a finite element analysis of residual stress around fastener hole. But in case of real model, fastener hole has a clamping force after CE. Therefore, it is respected that residual stress distributions should be changed due to clamping forces. In this paper, it was performed finite element analysis of residual stress by clamping force after CE in the plate having adjacent holes. From this study, it has been found that compressive residual stress near the hole increases according to clamping force. Also, the more increase clamping force, the more increases compressive residual stress. However, tensile residual stress increase beyond clamping force area.

• Composites Research
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• 제23권3호
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• pp.1-6
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• 2010

최근 들어 높은 비강성, 화학적 특성 등으로 인하여 CFRP 복합재료는 여러 분야에서 많이 사용되고 있다. 대부분의 CFRP 복합재료를 이용한 구조물들은 여러 개의 독립된 부재들은 볼트(bolt)나 핀(pin)과 같은 기계적인 체결방법에 의해 조립 제작된다. 이때 독립된 부재들을 하는 경우가 많은데, 이와 같은 체결법은 홀과 같은 불연속부를 부재에 형성하게 된다. 홀 등의 불연속부는 재료 내의 노치로 작용하여 정하중 및 피로하중 하에서 재료의 강도를 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 평활재와 홀 노치재를 이용하여 실험적으로 피로수명을 평가하였으며 이 결과들을 비교하여 홀 노치재의 피로수명 예측식을 제안하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.79-84
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• 2003

홀 확장법은 홀 주위에 압축 잔류응력층을 생성시킴으로서 균열 발생을 지연시키는 방법으로 항공산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 홀 확장 잔류응력의 분포는 홀 확장률, 맨드럴 삽입방향, 재료 물성치 등 여러 가지 홀 확장 피라미터에 따라 달라진다. 홀 확장 잔류응력층의 정확한 파악은 항공산업의 실제 설계에 있어서 매우 중요함에도 불구하고 이에 대한 연구는 상대적으로 부족하였다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통하여 두 개의 인전한 홀에 홀 확장법을 적용하는 경우 대한 잔류응력 분포를 구하였다. 연구 결과 두개 홀에 동시에 홀 확장을 하는 경우가 순차적으로 홀 확장으로 하는 경우보다 더 유리한 잔류응력 분포를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
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• pp.304-310
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• 2001

Cracks at mechanical fastener holes usually nucleate as elliptical comer cracks at the faying surface of the mechanical joints and grow as elliptical arc through cracks after penetrating the opposite surface. In this study mode I, II and III stress intensity factors at two surface points of elliptical arc through cracks at mechanical fastener holes are analyzed by applying weight function method. The weight function method for two dimensional mixed-mode problem is extended to three dimensional one and it is verified.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권2호
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• pp.46-51
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• 2002

홀 확장법은 홀 주위에 압축 잔류응력 층을 생성시킴으로서 균열 발생을 지연시키는 방법으로 항공산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 홀 확장잔류응력의 분포는 홀 확장률, 맨드럴 삽입방향, 재료 물성치 등 여러 가지 홀 확장 파라미터에 따라 달리진다. 홀 확장 잔류응력 층의 정확한 파악이 항공사업의 실제 설계에 있어서 매우 중요함에도 불구하고 이에 대한 연구는 상대적으로 부족하였다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 알루미늄 평판에 홀 확장법을 적용하는 경우의 잔류응력 분포를 예측하고자 하였다. 유한요소해석의 타당성을 검증하기 위하여 스트레인 게이지를 이용한 홀 확장 잔류변형률을 측정하였으며, 홀 확장률과 2단 홀 확장이 잔류응력 분포에 미치는 영향을 파악하였다. 2단 홀 확장을 적용함으로써 최대 압축 잔류응력의 크기가 약 7% 향상됨을 알 수 있었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
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• pp.419-424
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• 2001

The purpose of this study is comparing cold expansion method with interference fit. Cold expansion method and interference fit of fastener hole is using in the aerospace industry. These treatment lead to an improvement of fatigue life to the compressive residual stresses developed on the hole surface. But Research is nothing to about difference effect of between cold expansion method and interference fit. So In this paper, It is shown that Comparing cold expansion method with interference fit. and It is further shown that residual stress distribution according to plate thickness.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.603-608
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• 2001

Recently, cold expansion of fastener holes is commonly used in the aerospace industry to increase the fatigue endurance of airframes. Cold expansion process is used as the retardation of crack initiation in the hole. This treatment leads to an improvement of fatigue behavior due to the compressive residual stresses developed on the hole surface. The residual stress profile depends on the cold expansion ratio. In the present paper, it is shown that residual stress is redistributed due to the application of cold expansion process for CT specimen. It is further shown that residual stress increases in proportion to cold expansion ratio. It is thought that crack growth rate increases as cold expansion ratio.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집A
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• pp.470-474
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• 2000

Cold expansion of fastener holes is a mechanical process widely used in the aerospace industry. This treatment leads to an improvement of fatigue behavior due to the developed compressive residual stresses on the hole surface. The residual stress profile depends on the parameters of cold expansion, which are, expanding rate, inserting direction of mandrel, material properties etc. and the method to confirm this profile is only measurement by X-ray diffractometer. Despite its importance to aerospace industries, little attention has been devoted to the accurate modelling of the process. In this paper, Two-dimensional axisymmetric finite element simulations have been conducted for the cold expansion in an aluminium plate in order to predict the magnitude and distribution of the residual stress and plastic deformation. Maximum compressive residual stress could be increase about 7 percent using the 2-step cold expansion method.